(57)【要約】      （修正有）【課題】内径配列環状フェライト磁石を搭載した外回転式直流ブラシレスモータ及びファンの提供。【解決手段】本機器は、シャーシ、固定子及び固定子の周りを旋回する回転子から構成されている。このうち固定子は更に一組のヨークと誘導コイルを含み、回転子は一基の回転盤及び一基の回転盤の内縁に固定される内径配列環状フェライト磁石から構成される。内径配列環状フェライト磁石は多極異方向の永久磁石であり、その本体は、磁性を帯びない導磁外層及び磁性を帯びた磁性内層に分かれる。磁性内層の磁力線は導磁外層により折り返され、磁気ループを短縮し、磁力を増強させ、磁気エネルギー積を向上させる。電源を導入した固定子が磁極の交互変化を生み出し、内径配列環状フェライト磁石に吸引及び反発現象を生み出すことが可能であり、回転子全体の駆動により動力を生み出す。【選択図】図１
0003118901.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
内径配列環状フェライト磁石を搭載した外回転式直流ブラシレスモータであり、それはモータ外殻内にシャーシ、固定子、及び回転子を設置し、シャーシは、モータ外殻内部に固定され、固定子と回転子の組み立てを位置決めし、一本の回転可能な回転軸を持ち、該回転軸はモータ外殻を飛び出し、動力の出力に使われ、固定子は、シャーシの回転軸の外縁に固定され、更に一組のヨークと誘導コイルを含み、回転子は、更に中心が回転軸に固定された一基の回転盤及び回転盤の内周縁に固定された内径配列環状フェライト磁石により構成され、該内径配列環状フェライト磁石は多極異方性永久磁石であり、固定子周囲を取り囲み、この環形の本体は磁性を持たない導磁外層と磁性を持つ磁性内層に分かれ、電源は電子整流方式で固定子に導入され、磁極の交互変化を生み出すときに、多極の内径配列環状フェライト磁石に吸引及び反発現象を引き起こし、回転子及び回転軸の回転を駆動し、動力を出力するホールコンポーネントを設置することを特徴とする、内径配列環状フェライト磁石を搭載した外回転式直流ブラシレスモータ。
【請求項２】
内径配列環状フェライト磁石を搭載した外回転式ファンであり、それはシャーシ、固定子、及び回転子を包含し、該シャーシは、固定子と回転子の組み立てを位置決めし、一本の回転可能な回転軸を持ち、該固定子は、シャーシの回転軸の外縁に固定され、更に1組のヨークと誘導コイルを含み、該回転子は、更に中心が回転軸に固定された一基の回転盤及び回転盤の内周縁に固定された内径配列環状フェライト磁石により構成され、該回転盤外縁の延長として若干の羽があり、該内径配列環状フェライト磁石は多極異方性永久磁石であり、固定子周囲を取り囲み、この環形の本体は磁性を持たない導磁外層と磁性を持つ磁性内層に分かれ、電源は電子整流方式で固定子に導入され、磁極の交互変化を生み出すときに、多極の内径配列環状フェライト磁石に吸引及び反発現象を引き起こし、回転盤及び羽の回転を駆動し、風力を生み出すホールコンポーネントを設置することを特徴とする、内径配列環状フェライト磁石を搭載した外回転式ファン。
【請求項３】
請求項１或いは請求項２の内径配列環状フェライト磁石を搭載した外回転式直流ブラシレスモータ及びファンにおいて、シャーシ端側に内径配列フェライト磁石の回転速度を検知するホールコンポーネントを設置することを特徴とする、内径配列環状フェライト磁石を搭載した外回転式直流ブラシレスモータ及びファン。
【請求項４】
請求項２の内径配列環状フェライト磁石を搭載した外回転式ファンにおいて、回転盤及びファンの羽は一体射出成型で形成されることを特徴とする、内径配列環状フェライト磁石を搭載した外回転式ファン。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、一種の外回転式の直流ブラシレスモータ及びファンであり、特に内径配列環状フェライト磁石を備えていることから、磁力を増大し、磁力エネルギー積を向上させる効果があり、直流ブラシレスモータ及びファンの効率を高めることが可能になる。
【背景技術】
【０００２】
アメリカ電力研究院(ＥＰＲＩ)の評価に基づき、近年の電力消費はすべてのエネルギー消費の４０パーセントを占めるに至っており、電力供給が電力設備に使用される比率も居住品質の向上と共に大幅に増大している。
【０００３】
２０１０年には、８０パーセントの電力供給が電器設備に使用されると予想されており、この内、モータの消費エネルギーはすべての電力エネルギーの５５パーセントを占める。従って、高信頼性かつ高性能のモータの開発は、国家の産業競争力を向上させるために必要な手段となっている。
【０００４】
各種の異なるモータの中で、直流ブラシレスモータは電子整流構造を採用しているため、モータ速度は毎分１００００回転以上に達する。その幅の広い速度レンジ、低い回転子の慣性、低い電磁干渉、炭素ブラシのメンテナンスの必要がなく、炭素ブラシ粉塵のない点は、どれも直流ブラシレスモータ独特の利点であり、今日のＣＮＣ工作機械、半導体製造設備などの高精密操作領域に必須のモータである。
【０００５】
この他、現在のコントロール技術の発展は著しく、ブラシレスモータ専用コントロールＩＣの普及により、ブラシレスモータの価格上の優位がもたらされ、これまで誘導モータを使用してきた領域も直流ブラシレスモータにより徐々に代替されつつある。例えば、化学工業、家庭用、ビル使用の無塵室のファンモータ、エアコンファンのモータ、吊り下げ式扇風機のモータ、圧縮機のモータ、洗濯機直動式モータ、及びビルの定圧ポンプ、コンシューマ電子製品(プロジェクタ、コンピュータファンなど)の放熱ファンモータなど、ブラシレスモータ及びファンがこれら産業で主導的地位を得ることを予見できる。
【０００６】
ただ、現在の外回転式直流ブラシレスモータ及びファンが使用する回転子磁石は、大部分がネオジム鉄ボロン(ＮｄＦｅＢ)シリーズを採用している。その材料は９４％のネオジム鉄ボロンと６％のナイロン(ｎｙｌｏｎ)の混合で、射出成型装置を用いて環状体を生成した後、環型体の内径に２８極の磁気を着磁し、２８極の環型磁石を形成する。この材料の磁力特性は要求を充たすものであるが、欠点としては材料コストがやや高く(ネオジムＮｄは産出量が少なめの稀少金属)、製造過程も困難なため、製品もかなり高価となる。
【０００７】
従って、製造業者によってはフェライト磁性体/異方性/湿式沖圧成型方式の磁石により前述のネオジム鉄ボロン系列の磁石を代替し、コストを削減している。この種の回転子磁石は、製造過程の技術的問題から、半月型の異方性フェライト磁石を生成後、少なくとも３個以上の半月型磁石によってのみ環状に組み立てることしかできない。この種の半月型異方性フェライト磁石により環形の永久磁石を組み立てることは、性能において以下の重大な欠陥が存在する、
１.組み立て時に、磁石と磁石の間に隙間が形成されるため、磁気が漏れやすく、環形永久磁石の回転時に、コギング(ｃｏｇｇｉｎｇ)の状況が発生する。
２.環形永久磁石は数個の半月型磁片を組み合わせているため、加工組み立て時に工数を要し、内部の真円度もあまり優れない。
３.ネオジム鉄ボロンを射出成型した磁石の表面磁束密度は２１００〜２３００ガウスでるが、フェライト磁性体で生成された磁石は僅か１６５０〜１９５０ガウスであり、磁力に欠ける嫌いがある。
４.フェライト磁性体の焼結温度は１２４０℃前後であり、焼結時の磁石の厚みは薄すぎてはならず、さもないと容易に割れてしまう。従って環状磁石の組み立て時の外径はやや大きくなり、モータ及びファン全体の外殻体積も大きなものとなる。
５.上述の磁気漏れ、コギング、磁力不足、外径がやや大きいなどの種種の問題から、現在この種の半月型異方性フェライト磁石の組み立てにより成型された環形永久磁石は、尚規範による認証取得は無理であり、商品の付加価値から見て、競争力に欠ける。
【０００８】
この他、ネオジム鉄ボロンまたは半月型片状フェアライト磁性体であろうと、外回転式直流ブラシレスモータの使用時には、その磁力線はすべて環状磁石外周の鉄製回転盤及び空気を通過した後、再び内面の固定子と磁気ループを構成し、このような磁力線の大きな損失のため、モータ及びファンの効率が低下する。
【０００９】
実は半月形フェライト磁性体で組み立てられた環状磁石は、価格上有利である外に、見るべきものが無い訳ではない。その物理特性はネオジム鉄ボロン系列の磁石と比較して優れ、温度範囲、湿度耐性、抗酸アルカリ性の要求が高めの産業にとっては、非常に優れた材料選択である。更に、フェライト磁性体の材料は鋼板酸洗浄により生み出された回収物(ｍｉｌｌ-Ｓｃａｌｅ)により生成されるため、環境保護の潮流にも合致するものになる。
【００１０】
また、前述したように、磁力特性だけ見ると、フェライト磁性体の材料はネオジム鉄ボロン系列材料の磁力より優れるということはない。従って、もし環状フェライト磁石の構造を改善し、外回転式直流ブラシレスモータ及びファンの使用する回転子磁石となし、また磁気漏れを少なくし、表面磁束密度及び磁場強度を強め、同時に組み立て工数も削減できれば、フェライト磁性体をその磁力特性の限界まで発揮することができる。これにより、産出量の少なく高価なネオジム鉄ボロン系列の磁石を完全に代替し、また外回転式直流ブラシレスモータ及びファンに革命的な影響をもたらし、産量の進歩を促進することができる、これが本案考案者がこの機構を開発創設した要因である。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【００１１】
具体的に言うと、本考案「内径配列環状フェライト磁石を搭載した外回転式直流ブラシレスモータ及びファン」の本体は、一基のシャーシ、一基の固定子及び固定子の周りを旋回する一基の回転子から構成されている。このうちシャーシには回転軸があり、固定子は更に一組のヨークと誘導コイルを含み、回転子は一基の回転盤及び一基の回転盤の内縁に固定される内径配列環状フェライト磁石から構成される。内径配列環状フェライト磁石は多極異方向の永久磁石であり、その本体は、磁性を帯びない導磁外層及び磁性を帯びた磁性内層に分かれる。電源を導入した固定子が磁極の交互変化を生み出し、内径配列環状フェライト磁石に吸引及び反発現象を生み出すことが可能であり、回転子全体の駆動により動力を生み出す。
【００１２】
本考案は上述の回転子の回転により動力を出力する原理であり、具体的な実施時には少なくとも以下二種類の運用方式がある、
１.モータに運用された場合、前述のシャーシ、固定子、回転子はみなモータ外殻内に設置されており、回転子はシャーシ上の回転軸を動かす。この回転軸はモータ外殻を突き出して動力を伝え、モータの動力出力軸となる。
２.ファンとしての運用時には、回転子外部に羽を直接設置する。回転子の回転時に、ファンの羽も同時に回転することから、羽により風を起こす効果がある。
【００１３】
この他、前述のように内径配列環状フェライト磁石は磁性内層と導磁外層の目的に分けられる。磁性内層の磁力線は導磁外層により折り返され、磁気ループを短縮し、磁力を増強させ、磁気エネルギー積を向上させる。このため外回転式直流ブラシレスモータ及びファンの効率を高めることができる。周知のネオジム鉄ボロン複合材或いは半月型片状フェライト磁性体とは異なり、外回転式直流ブラシレスモータ及びファンで使用した場合、その磁力線はすべて磁石外周の鉄製回転盤及び空気を通過して、再び内面の固定子と磁気ループを構成し、このような磁力線の大きな損失は、モータとファンの効率を低下させる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１の考案は、内径配列環状フェライト磁石を搭載した外回転式直流ブラシレスモータであり、それはモータ外殻内にシャーシ、固定子、及び回転子を設置し、シャーシは、モータ外殻内部に固定され、固定子と回転子の組み立てを位置決めし、一本の回転可能な回転軸を持ち、該回転軸はモータ外殻を飛び出し、動力の出力に使われ、固定子は、シャーシの回転軸の外縁に固定され、更に一組のヨークと誘導コイルを含み、回転子は、更に中心が回転軸に固定された一基の回転盤及び回転盤の内周縁に固定された内径配列環状フェライト磁石により構成され、該内径配列環状フェライト磁石は多極異方性永久磁石であり、固定子周囲を取り囲み、この環形の本体は磁性を持たない導磁外層と磁性を持つ磁性内層に分かれ、電源は電子整流方式で固定子に導入され、磁極の交互変化を生み出すときに、多極の内径配列環状フェライト磁石に吸引及び反発現象を引き起こし、回転子及び回転軸の回転を駆動し、動力を出力するホールコンポーネントを設置することを特徴とする、内径配列環状フェライト磁石を搭載した外回転式直流ブラシレスモータとしている。
請求項２の考案は、内径配列環状フェライト磁石を搭載した外回転式ファンであり、それはシャーシ、固定子、及び回転子を包含し、該シャーシは、固定子と回転子の組み立てを位置決めし、一本の回転可能な回転軸を持ち、該固定子は、シャーシの回転軸の外縁に固定され、更に1組のヨークと誘導コイルを含み、該回転子は、更に中心が回転軸に固定された一基の回転盤及び回転盤の内周縁に固定された内径配列環状フェライト磁石により構成され、該回転盤外縁の延長として若干の羽があり、該内径配列環状フェライト磁石は多極異方性永久磁石であり、固定子周囲を取り囲み、この環形の本体は磁性を持たない導磁外層と磁性を持つ磁性内層に分かれ、電源は電子整流方式で固定子に導入され、磁極の交互変化を生み出すときに、多極の内径配列環状フェライト磁石に吸引及び反発現象を引き起こし、回転盤及び羽の回転を駆動し、風力を生み出すホールコンポーネントを設置することを特徴とする、内径配列環状フェライト磁石を搭載した外回転式ファンとしている。
請求項３の考案は請求項１或いは請求項２の内径配列環状フェライト磁石を搭載した外回転式直流ブラシレスモータ及びファンにおいて、シャーシ端側に内径配列フェライト磁石の回転速度を検知するホールコンポーネントを設置することを特徴とする、内径配列環状フェライト磁石を搭載した外回転式直流ブラシレスモータ及びファンとしている。
請求項４の考案は、請求項２の内径配列環状フェライト磁石を搭載した外回転式ファンにおいて、回転盤及びファンの羽は一体射出成型で形成されることを特徴とする、内径配列環状フェライト磁石を搭載した外回転式ファンとしている。
【考案の効果】
【００１５】
本考案は上述の回転子の回転により動力を出力する原理であり、具体的な実施時には少なくとも以下二種類の運用方式がある、
１.モータに運用された場合、前述のシャーシ、固定子、回転子はみなモータ外殻内に設置されており、回転子はシャーシ上の回転軸を動かす。この回転軸はモータ外殻を突き出して動力を伝え、モータの動力出力軸となる。
２.ファンとしての運用時には、回転子外部に羽を直接設置する。回転子の回転時に、ファンの羽も同時に回転することから、羽により風を起こす効果がある。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１の示す第一実施例は、本考案を「外回線式直流ブラシレスモータ」に応用した場合の構造表示図である。この外回転式ブラシレスモータ９０は、一基の回転軸の回転により動力を出力する。図中では、回転軸前端に滑車９１が設置され、回転軸の回転時に、滑車９１の回転により動力が出力される。もちろん、回転軸前端にはファンの羽や他の回転駆動が必要な部品を設置できる。
【００１７】
本実施例中では、外回転式直流ブラシレスモータ９０内部に一基のシャーシ１０、一基の固定子２０及び固定子２０の周囲を取り囲む一基の回転子３０が設置される。その中では、
シャーシ１０はモータ外殻９２内部に固定され、固定子２０及び回転子３０の組み立てを位置決める。その中央には一基のベアリング１１が設置され、回転軸１２を回転させる。端側には一個のホールコンポーネント１３(検知ＩＣ)が設置され、また回転軸１２はモータ９０の外殻９２を突き出て、前述の滑車９１、ファンの羽や他の回転が必要な駆動部品に接続し、回転軸１２の回転時に動力を出力できる。
【００１８】
固定子２０はシャーシ１０上の回転軸１２の外縁に固定され、更に一組のヨーク２１及び誘導コイル２２を含む。電源は電子整流方式で誘導コイル２２に導入され、全体の固定子２０に磁極の交互変化を生み出す。
【００１９】
回転子３０は、更に一基の回転盤３１及び回転盤３１内週縁に固定される一基の内径配列環状フェライト磁石４０により構成される。その内、回転盤３１中心はシャーシ１０の回転軸１２に固定しており、内径配列環状フェライト磁石４０を固定子２０の周囲で回転させ、且つシャーシ１０のホールコンポーネント１３と適当な距離を保つ。回転子３０の内径配列環状フェライト磁石４０が回転駆動される時、回転盤３１によりモータ９０の外殻９２を突き出した回転軸１２を同時回転させるため、回転軸１２が滑車９１、ファンの羽や他の回転駆動が必要な部品に接続された場合、動力を出力することができる。
【００２０】
上述の部品の組み合わせにより、電源が電子整流方式により固定子２０に導入され、磁極の交互変化を生み出す時、多極の内径配列環状フェライト磁石４０に吸引及び反発現状を引き起こすことができる。さらに、全体の回転子３０の回転を駆動し、回転盤３１が回転軸１２と同時回転し、回転軸１２により動力を出力する。回転子３０の回転速度は、ホールコンポーネント１３の検知後、信号出力により制御され、モータを正常に動作させる。
【００２１】
図２に示すように、前述の内径配列環状フェライト磁石４０は、多極異方性永久磁石(極数が少ないほど回転速度が速い)、その環形本体は極性を持たない導磁外層４１及び磁性を持つ磁性内層４２に分かれる。磁性内層４２の磁力線は導磁外層４１を通って直ぐに折り返され、磁気ループを短縮し、磁力を増加させ、磁気エネルギー積を増強する特性を持つ。周知のネオジム鉄ボロン複合材や半月型片状フェライト磁気体とは異なり、外回転式直流ブラシレスモータの使用時には、その磁力線はすべて磁石外周の鉄材及び空気を通ってから内部の固定子に磁気ループを構成する。このような磁力線の大きな損失は、モータの効率を大幅に低下させる。
【００２２】
図３が示す第二実施例は、本考案を「外回転式ファン」に応用した表示図である。その内部も同様に、一基のシャーシ１０、一基の固定子２０及び固定子２０の周囲を取り巻く回転子３０により構成される。電源は電子整流方式により固定子２０の誘導コイル２２に導入され、全体の固定子２０に磁極の交互変化を生み出し、よって回転子３０の内径配列環状フェライト磁石４０及び回転盤３１の動作を駆動する。その原理は第一実施例と同様なため、ここで多くは言及しない。
【００２３】
本実施例と第一実施例の異なる点は、本実施例は伝達用のモータ外殻内に設置するのではなく、回転軸１２の作用は回転子３０が回転するときの中心軸としてのみであり、外殻を突き出して動力を出力しない。その他、本実施例は、回転子３０の回転盤３１外縁に直接若干のファンの羽９３を設置し、固定子２０が回転子３０の内径配列環状フェライト磁石４０を駆動する場合、回転盤３１の回転と同時に、回転盤３１外縁に設置したファンの羽９３も同時に回転する。よってファンの羽９３は風力を生み出し、外回転式ファンとなる。
【００２４】
本実施例中、内径配列環状フェライト磁石４０の導磁外層４１及び磁性を持つ磁性内層４２は極めて重要な部品である。内径配列環状フェライト磁石４０の磁性内層４２の磁力線は導磁外層４１を通って直ぐに折り返されるため、内径配列環状フェライト磁石４０の外周に鉄材を設置する必要はなく、内部の固定子と磁気ループを構成できる。回転盤３１は金属の導磁材料で製造する必要なくなった、言い換えると、本実施例の外回転式ファンの回転盤３１及びファンの羽９３はプラスチックの一体射出成型を利用でき、また回転盤３１内縁は内径配列環状フェライト磁石４０を直接固定できるため、ファンの重量を大幅に軽減する。特に高速回転が必要な各種放熱ファンに適し、既存技術が鉄材を設置するため中心のずれや振動などを生み出す欠点を削減する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本考案を外回転式直流ブラシレスモータに応用した第一実施例の構造表示図である。
【図２】内径配列環状フェライト磁石の磁気ループの表示図である。
【図３】本考案を外回転式ファンに応用した第二実施例の構造表示図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  シャーシ      １１  ベアリング
１２  回転軸        １３  ホールコンポーネント
２０  固定子        ２１  ヨーク
２２  誘導コイル    ３０  回転子
３１  回転盤        ４０  内径配列環状フェライト磁石
４１  導磁外層      ４２  磁性内層
９０  モータ        ９１  滑車
９２  外殻          ９３  羽
【図１】
0003118901.tif 000003
【図２】
0003118901.tif 000004
【図３】
0003118901.tif 000005